步進電動機的控制.ppt

1、步進電動機,1.工作原理 2.接線 3.控制方式 4.其他,一、步進電動機的簡介,步進電動機（stepping motor)是將電脈沖激勵信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的離散值控制電動機，這種電動機每當(dāng)輸入一個電脈沖就動一步，所以又稱脈沖電動機。 Step into the motor is to encourage the signal for the electric pulses to the displacement or the displacement of discrete values control motors, motor when entering a electric

2、 pulses will move a step, also called a pulse the motor.,步進電動機的種類 目前常用的有三種步進電動機： (1)反應(yīng)式步進電動機(VR)。反應(yīng)式步進電動機結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角小；但動態(tài)性能差一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 (2)永磁式步進電動機(PM)。永磁式步進電動機出力大，動態(tài)性能好；但步距角大;一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度 。 (3)混合式步進電動機(HB)?；旌鲜讲竭M

3、電動機綜合了反應(yīng)式、永磁式步進電動機兩者的優(yōu)點，它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛，也是本次細分驅(qū)動方案所選用的步進電機。它的步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是目前性能最高的步進電動機。它有時也稱作永磁感應(yīng)子式步進電動機。,二、步進電動機的工作原理 圖1 三相反應(yīng)式步進電動機的結(jié)構(gòu)示意圖 1定子 2轉(zhuǎn)子 3定子繞組 圖1是最常見的三相反應(yīng)式步進電動機的剖面示意圖。電機的定子上有六個均布的磁極，其夾角是60。各磁極上套有線圈，按圖1連成A、B、C三相繞組。轉(zhuǎn)子上均布40個小齒。所以每個齒的齒距為E=360/40=9，而定子每個磁極

4、的極弧上也有5個小齒，且定子和轉(zhuǎn)子的齒距和齒寬均相同。,由于定子和轉(zhuǎn)子的小齒數(shù)目分別是30和40，其比值是一分數(shù)，這就產(chǎn)生了所謂的齒錯位的情況。若以A相磁極小齒和轉(zhuǎn)子的小齒對齊，如圖1，那么B相和C相磁極的齒就會分別和轉(zhuǎn)子齒相錯三分之一的齒距，即3。因此，B、C極下的磁阻比A磁極下的磁阻大。若給B相通電，B相繞組產(chǎn)生定子磁場，其磁力線穿越B相磁極，并力圖按磁阻最小的路徑閉合，這就使轉(zhuǎn)子受到反應(yīng)轉(zhuǎn)矩（磁阻轉(zhuǎn)矩）的作用而轉(zhuǎn)動，直到B磁極上的齒與轉(zhuǎn)子齒對齊，恰好轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過3；此時A、C磁極下的齒又分別與轉(zhuǎn)子齒錯開三分之一齒距。接著停止對B相繞組通電，而改為C相繞組通電，同理受反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)子按順時

5、針方向再轉(zhuǎn)過3。依次類推，當(dāng)三相繞組按ABCA順序循環(huán)通電時，轉(zhuǎn)子會按順時針方向，以每個通電脈沖轉(zhuǎn)動3的規(guī)律步進式轉(zhuǎn)動起來。若改變通電順序，按ACBA順序循環(huán)通電，則轉(zhuǎn)子就按逆時針方向以每個通電脈沖轉(zhuǎn)動3的規(guī)律轉(zhuǎn)動。因為每一瞬間只有一相繞組通電，并且按三種通電狀態(tài)循環(huán)通電，故稱為單三拍運行方式。單三拍運行時的步矩角b為30。三相步進電動機還有兩種通電方式，它們分別是雙三拍運行，即按ABBCCAAB順序循環(huán)通電的方式，以及單、雙六拍運行，即按AABBBCCCAA順序循環(huán)通電的方式。六拍運行時的步矩角將減小一半。反應(yīng)式步進電動機的步距角可按下式計算： b=360/NEr (1) 式中 Er轉(zhuǎn)子齒數(shù)

6、； N運行拍數(shù)，N=km，m為步進電動機的繞組相數(shù)，k=1或2。,三、步進電機接線 步進電機接線方法是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。 Step into the electrical wiring system is a number of input pulses can be converted to rotate or line of the incremental electromagnetic elements. each input pulse the motor turned into a step by s

7、tep from the angle of increment. 電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。步進電機接線方法是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。 The motor of the corner and input pulses proportional to the number case, the appropriate speed on the pulse rate. step into the electrical wiring is the key components of the electromechanical

8、integration of products, often used as a location for constant speed control. 步進電機接線方法廣泛應(yīng)用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設(shè)備、復(fù)印機、傳真機等 。 Step into the quantity and used to locate the precision and an error, control simple. step into the electrical characteristics of the way it is widely used in the integr

9、ation of machinery products, such as ： machine tools, packaging machines, computer peripherals, copiers, fax machine, etc.。,四、步進電機程序控制 1、三相單三拍工作方式 在這種工作方式下,A、B、C三相輪流通電,電流切換三次,磁場旋轉(zhuǎn)一周,轉(zhuǎn)子向前轉(zhuǎn)過一個齒距角。因此這種通電方式叫做三相單三拍工作方式。這時步距角b (度)為b = 360 /mz( ) (2-1)式中:m定子相數(shù); z 轉(zhuǎn)子齒數(shù)2、三相六拍工作方式 在這種工作方式下,首先A相通電,轉(zhuǎn)子齒與A相定子齒對齊。

10、第二拍,A相繼續(xù)通電,同時接通B相,A、B各自建立的磁場形成一個合成磁場,這時轉(zhuǎn)子齒既不對準(zhǔn)A相也不對準(zhǔn)B相,而是對準(zhǔn)A、B兩極軸線的角等分線,使轉(zhuǎn)子齒相對于A相定子齒轉(zhuǎn)過1 /6齒距,即1. 5。第三拍,A相切斷,僅B相保持接通。這時,由B相建立的磁場與單三拍時B相通電的情況一樣。依次類推,繞組以AABBBCCCAA時序(或反時序)轉(zhuǎn)換6次,磁場旋轉(zhuǎn)一周,轉(zhuǎn)子前進一個齒距,每次切換均使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動1. 5,故這種通電方式稱為三相六柏工作方式。其步距角b 為:b = 360 /2mz = 180 /mz 3、雙三拍工作方式 這種工作方式每次都是有兩相導(dǎo)通,兩相繞組處在相同電壓之下,以ABBCCAA

11、B (或反之)方式通電,故稱為雙三拍工作方式。以這種方式通電,轉(zhuǎn)子齒所處的位置相當(dāng)于六拍控制方式中去掉單三拍后的三個位置。它的步距角計算公式與單三拍時的公式相同。,由上述分析可知,要使磁阻式步進電機具有工作能力,最起碼的條件是定子極分度角不能被齒距角整除,且應(yīng)滿足下列方程:極分度角/齒距角= R + k1/m進一步化簡得齒數(shù)z:z = q (mR + k) (2-3)式中:m相數(shù); q每相的極數(shù); k (m - 1)的正整數(shù);R正整數(shù),為0、1、2、3。 按選定的相數(shù)和不同的極數(shù),由上式就可推算出轉(zhuǎn)子齒數(shù)。因為三相雙三拍步進電機不易失步,控制精度比較高,所以本文對三相雙三拍步進電機進行控制,定

12、子有三對磁極,運行時兩相同時通電,循環(huán)帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 4、轉(zhuǎn)速控制 控制步進電機的運行速度,實際上是控制系統(tǒng)發(fā)出時鐘脈沖的頻率或換相的周期,即在升速過程中,使脈沖的輸出頻率逐漸增加;在減速過程中,使脈沖的輸出頻率逐漸減少。脈沖信號的頻率可以用軟件延時和硬件中斷兩種方法來確定。 采用軟件延時,一般是根據(jù)所需的時間常數(shù)來設(shè)計一個子程序,該程序包含一定的指令,設(shè)計者要對這些指令的執(zhí)行時間進行嚴密的計算或者精確的測試,以便確定延時時間是否符合要求。每當(dāng)延時子程序結(jié)束后,可以執(zhí)行下面的操作,也可用輸出指令輸出一個信號作為定時輸出。采用軟件定時, CPU一直被占用,因此CPU利用率低。 可編程的硬件定時器

13、直接對系統(tǒng)時鐘脈沖或某一固定頻率的時鐘脈沖進行計數(shù),計數(shù)值則由編程決定。當(dāng)計數(shù)到預(yù)定的脈沖數(shù)時,產(chǎn)生中斷信號,得到所需的延時時間或定時間隔。由于計數(shù)的初始值由編程決定,因而在不改動硬件的情況下,只通過程序變化即可滿足不同的定時和計數(shù)要求,因此使用很方便。,5、旋轉(zhuǎn)方向控制步進電機的旋轉(zhuǎn)方向和內(nèi)部繞組的通電順序及通電方式有密切關(guān)系。對于三相雙三拍工作方式:正相旋轉(zhuǎn):ABBCCAAB反相旋轉(zhuǎn):ABCABCAB 三相雙三拍控制模型如下表所示,總結(jié)與展望 步進電機是機電一體化產(chǎn)品中的關(guān)鍵組件之一,是一種性能良好的數(shù)字化執(zhí)行元件。隨著計算機應(yīng)用技術(shù)、電子技術(shù)和自動控制技術(shù)在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域中的普及與深入

14、,步進電機的需要量越來越大。有資料說明,世界上步進電機的年產(chǎn)量以10%以上的速度增長。國內(nèi)對步進電機的需求同樣也與日俱增。實際工作中,很多工程技術(shù)人員和技術(shù)工人都希望比較全面地了解步進電機及其控制技術(shù)。 Step into the electromechanical integration of products is the key components of a good performance of digital implementation details. as computer application technologies, electronics technique and technology is automatically control the domain of the popularization